Биография джон фон нейман

Джон фон Нейман. Neumann János Lajos – Американский Математик

Джон Нейман родился 28 декабря 1903 года в городе Будапешт, Венгрия. С детства был одаренным ребенком, в 8 лет освоил основы высшей математики.

В 1911 году поступил в Лютеранскую Гимназию, где еще более развил математические способности. Вскоре его отец получил дворянский титул, и вместе с приставками «фон» к фамилии мальчик стал именоваться Янош фон Нейман.

 Позже, уже в США, его имя на английский манер изменилось на Джон.

     Первая печатная работа Неймана «О расположении нулей некоторых минимальных полиномов» увидела свет в 1921 году.

Вскоре окончил гимназию и поступил в Высшую техническую школу в швейцарском городе Цюрих, где изучал химию, и одновременно на математический факультет Будапештского университета, который окончил в 1926 году, получив степень доктора философии и диплом инженера-химика.

Свои математические исследования продолжил в университетах городов Геттинген, Берлин и Гамбург, связанные с квантовой физикой и теорией операторов.

     В этот же период молодой ученый выполнил основополагающие работы по теории множеств, теории игр и математическому обоснованию квантовой механики и написал ряд статей по данным направлениям.

В 1931 году Нейман был приглашен в Принстонский университет США, где вначале работал в качестве лектора, а затем профессора математической физики.

Совет

Через два года перешел в созданный Институт перспективных исследований в городе Принстон и оставался профессором этого института до конца жизни.

     Нейману принадлежит строгая математическая формулировка принципов квантовой механики и доказательство эргодической гипотезы в математической статистике. Его труд «Математические основы квантовой механики» считается классическим учебным пособием.

В 1930-х годах опубликовал ряд работ по кольцам операторов, положив начало так называемой алгебре Неймана, которая впоследствии явилась одним из главных инструментов для квантовых исследований.

В 1937 году фон Нейман стал гражданином США, и в последующие годы его деятельность была тесно связана с военными организациями.

Основные научные работы Неймана посвящены функциональному анализу, его приложениям к вопросам классической и квантовой механики.

Более 150 трудов ученого посвящены проблемам физики, математики и ее практическим приложениям, теории игр и компьютерной теории, теории топологических групп и метеорологии.

     Ученый был членом Национальной Академии наук США, Американского философского общества, а также почетным членом различных зарубежных академий, научных учреждений и обществ. Его выдающиеся достижения отмечены многочисленными престижными премиями. Был женат дважды. В первом браке у него родилась дочь Марина, в будущем известный экономист.

Обратите внимание

     Джон фон Нейман скончался 8 февраля 1957 года в городе Вашингтон, США, от рака.

Принципы Джона фон Неймана

Ученый был специалистом широкого профиля, но в историю вошел как создатель новационной архитектуры компьютера. Радикально нового с тех пор не придумали.

Понятие «архитектура» означает необходимую организацию «железа» и программ для оптимального решения задач. При этом учитываются финансовые затраты, область приложения, функционал, комфортность в работе.

Не стоит путать со «структурой». Последняя не столь глобально описывают внутренние связи. Уточняет взаимодействие деталей устройства.

Идея возникла, когда фон Нейман занялся анализом недостатков первой электронной машины ENIAC (1944 г.). Сделанные ранее в Германии образцы были электромеханическими, на реле.

Концепция создания усовершенствованной ЭВМ EDVAC была представлена в 1946 г. Новшество заключалось в следующем:

1. Утверждается двоичная система счисления как наиболее логичная и простая для реализации в компьютере. В дальнейшем нововведение дало возможность работать не только с цифрами, но и с текстами, графикой, видео / звуком.

   

   

   

   

   

   

   

   

   

   

2. Для проведения операций используется программа, включающая выполняемые одна за другой команды. Последняя в последовательности сигнализирует об окончании процесса. В нашем понимании – это программирование.

3. Программы и данные размещаются в памяти ЭВМ, преобразовываясь в двоичный код (см. п. 1). Производимые над ними операции схожи, соблюдается однородность. Машина самостоятельно корректировала программу сообразно запрошенным операциям.

4. Ячейкам памяти присваиваются конкретные адреса. Таким образом вводятся переменные.

5. Команды могут исполняться не только последовательно, но допускается переход с соблюдением условия. Так, например, может запускаться циклическая обработка данных.

Качественным улучшением по сравнению с ЭНИАКом стала легкость загрузки программ. Последние больше не являлись компонентом устройства и без труда менялись. 

Клеточные автоматы и живая клетка

Концепция создания клеточных автоматов являлась порождением антивиталистической идеологии (индоктринации), возможности создания жизни из мертвой материи. Аргументация виталистов в XIX веке не учитывала, что в мертвой материи возможно хранение информации — программы, которая может изменить мир (например, станок Жакара — см. Ганс Дриш). Нельзя сказать, что идея клеточных автоматов перевернула мир, но она нашла применение почти во всех областях современной науки.

Нейман ясно видел предел своих интеллектуальных возможностей и чувствовал, что не может воспринять некоторые высшие математические и философские идеи.

Фон Нейман был блестящим, изобретательным, действенным математиком, с потрясающей широты кругом научных интересов, которые простирались и за пределы математики. Он знал о своём техническом таланте. Его виртуозность в понимании сложнейших рассуждений и интуиция были развиты в высшей степени; и тем не менее, ему было далеко до абсолютной самоуверенности. Возможно, ему казалось, что он не обладает способностью интуитивно предугадывать новые истины на самых высших уровнях или даром к мниморациональному пониманию доказательств и формулировок новых теорем. Мне трудно это понять. Может быть, это объяснялось тем, что пару раз его опередил или даже превзошёл кто-то другой. К примеру, его разочаровало то, что он не первым решил теоремы Гёделя о полноте. Ему это было больше чем под силу, и наедине с самим собой он допускал возможность того, что Гильберт избрал ошибочный ход решения. Другой пример — доказательство Дж. Д. Биркгофом эргодической теоремы. Его доказательство было более убедительным, более интересным и более независимым по сравнению с доказательством Джонни.

Помню, как в четыре года я резвился на восточном ковре, разглядывая дивную вязь его узора. Помню высокую фигуру отца, стоящего рядом, и его улыбку. Помню, что подумал: «Он улыбается, потому как думает, что я ещё совсем ребёнок, но я-то знаю, как удивительны эти узоры!». Я не утверждаю, что тогда мне пришли в голову в точности эти слова, но я уверен, что эта мысль возникла у меня в тот момент, а не позднее. Я определённо чувствовал: «Я знаю что-то, чего не знает мой папа. Возможно, я знаю больше чем он».

Джон фон Нейман биография

Джон фон Нейман по праву считается одним из величайших математиков всех времён.

Джон фон Нейман родился в Будапеште, столице Венгрии, 28 декабря 1903 года. Он был старшим сыном у своих родителей — Макса Неймана и Маргарет Канн. С самого раннего возраста Неймана интересовала природа чисел и математическая логика.

Математика была не единственным предметом, которым интересовался юный Нейман. Ему также нравилась история, и так, что в возрасте восьми лет он прочёл 40 томов всемирной истории. Это свидетельствовало о том, что Нейман одинаково хорошо себя чувствовал и в логической и в социальной отраслях науки. Нейману также повезло с родителями, которые поддерживали его во всех начинаниях.

В 1914 году, в возрасте десяти лет, Нейман поступил в лютеранскую гимназию, которая была одной из трёх лучших на тот момент в Будапеште. Свою первую работу он опубликовал в журнале Немецкого математического сообщества в 1922 году, речь в которой шла о нулях определённых минимальных многочленов.

Обратите внимание

Хоть Нейман и не имел большого интереса ни к химии, ни к инженерному делу, его отец убедил его заняться инженерией, так как на тот момент это считалось престижным.

Нейман учился в Католическом университете Петера Пазманя в Будапеште, где получил докторскую степень по математике, а параллельно заканчивал базовый университетский курс по химическому машиностроению в Швейцарской технической школе Цюриха.

В своей докторской работе Нейман занимался постулированием теории множеств, предложенной Кантором. Конечно же это было необычное достижение, что семнадцатилетний парень одновременно учился в одном ВУЗе и писал докторскую работу во втором. Он получил хорошие оценки и по окончанию базового курса химического машиностроения и по докторской работе по математике. Ему было всего двадцать два года.

После получения сразу двух степеней, в 1926 году Нейман начал посещать Гёттингенский университет в Германии, в котором он занимался квантовой механикой. Он был творческим и оригинальным в своём мышлении, предлагал полные и логические концепции. В том же 1926 году он занимался теориями квантовой механики с целью их упорядочивания и улучшения.

В течение 1927-1929 годов, после представления теории квантовой механики, Нейман посещал многочисленные конференции и коллоквиумы. К 1929 году он написал около 32 работ на английском языке.

Эти работы были хорошо структуризированны для того, чтобы другие математики могли включать работы Неймана в свои теории. К этому времени он стал знаменитостью в академических кругах благодаря своим творческим и инновационным теориям.

К концу 1929 года Нейману предложили место преподавателя в Принстонском университете. В это же время он женился на Мариэтте Кёвеши, подруге детства. В 1935 году у них родилась дочь, которую назвали Мариной. Брак Джона и Мариэтты распался в 1936 году.

Важно

Мариэтта вернулась назад в Будапешт, а Нейман некоторое время путешествовал по Европе, а затем вернулся в США. Во время поездки в Будапешт он познакомился с Кларой Дэн, на которой женился в 1938 году.

Джону фон Нейману был поставлен диагноз рак, но несмотря на это он принимал участие в церемониях награждения, организованных в его честь, находясь в сидячей каталке. Он поддерживал тесные связи с семьёй и друзьями во время своей болезни. Скончался Джон фон Нейман 8 февраля 1957 года.

Нейман принимал участие в одном из правительственных проектов в Лос-Аламосе («Манхэттенский проект»), в котором работал над созданием схемы и рабочего прототипа взрывной линзы.

Математическое моделирование, используемое им во время этих работ, способствовало разработке современных компьютеров. Помимо работы с этими моделями, он также финансировал проект, который занимался созданием компьютера.

Он также принимал участие в разработке архитектуры компьютера, а его усилия со временем убедили других учёных, что компьютер это не только «большой калькулятор».

Квантовая логика, теория деловых игр, линейное программирование и математическая статистика всего лишь часть того, что он «подарил» науке.

• Докладчик на коллоквиуме Американского математического общества (АМО),1937
• Обладатель премии имени Бохера от АМО, 1938
• Докладчик на лекциях имени Гиббса от АМО, 1944
• Премия Энрико Ферми, 1956
• Докладчик на международном конгрессе, 1950
• Почётный член Лондонского математического общества, 1952
• Президент Американского математического общества, 1951-1952
• Докладчик на международном конгрессе, 1954

Будь в числе первых на доске почета

Работа после войны

В послевоенные годы фон Нейман провел большую часть времени в качестве консультанта правительства и промышленности.

Начиная с 1944 года он внес важные идеи в конструкцию компьютера ENIAC, разработанного для армии США Дж. Преспером Эккертом-младшим и Дж.У. Мочли. Фон Нейман изменил ENIAC для работы в качестве машины, сохраняющей программу. Затем он лоббировал постройку улучшенного компьютера в Институте перспективных исследований, который начал работать в 1951 году. Однопроцессорный, хранящий программу компьютер — самая распространенная архитектура в настоящее время — известен как машина фон Неймана.

Другой важный результат его советов был в корпорация RAND, мозговом центре, которому было поручено планировать ядерную стратегию для ВВС США. Фон Нейман настаивал на значении теоретико-игрового мышления в оборонной политике. Он поддержал создание водородной бомбы и, как сообщается, выступал за превентивный ядерный удар, чтобы уничтожить зарождающийся ядерный потенциал Советского Союза около 1950 г.   Несмотря на свои воинственные позиции, фон Нейман защитил Оппенгеймера от атак на его непатриотизм и предупредил Эдварда Теллера, что соучредители его лаборатория Ливермор (теперь Ливерморская национальная лаборатория) были «слишком реакционными». С 1954 до 1956 года фон Нейман служил в качестве члена Комиссии по атомной энергии и был архитектором политики ядерного сдерживания, разработанной администрацией президента Эйзенхауэра.

В последние годы, фон Нейман ломал голову над вопросом о том, может ли машина воспроизводить себя. Использовав абстрактную модель (клеточных автоматов), фон Нейман описал, каким образом машина может воспроизводить себя от простых компонентов. Ключом к этой демонстрации является то, что машина читает свой ​​собственный «генетический» код, интерпретируя ее сначала в качестве инструкции для построения машины без учета кода, а затем как данные. На втором этапе машина копирует свой код, чтобы создать совершенно «способную к размножению» новую машину. Концептуально, эта работа предшествовала последующим открытиям в генетике.

Фон Нейман занимался вопросами роли математики в современном мире. Он предупреждал о необходимости для математиков самим заботиться о приложениях своих результатов и об опасности, в противном случае, вырождения математической науки.

Велики заслуги Неймана в создании эргодической теории (сформулировал основную теорему), в возникновении теории программирования (модель фон Неймана для определения сложности алгоритма) и ряда других прикладных математических дисциплин. Нейман внес также существенный вклад в конструирование первых компьютеров, разработку современных методов прогнозирования погоды и решение многих других практических задач (теория игр, отказоустойчивость в системах и клеточных автоматах).

Теория операторов

Главными работами фон Неймана по теории колец операторов стали работы, связанные с алгебрами фон Неймана. Алгебра фон Неймана — это *-алгебра ограниченных операторов на гильбертовом пространстве, которая замкнута в слабой операторной топологии и содержит единичный оператор.

Теорема фон Неймана о бикоммутанте доказывает, что аналитическое определение алгебры фон Неймана эквивалентно алгебраическому определению как *-алгебры ограниченных операторов на гильбертовом пространстве, совпадающей со своим вторым коммутантом.

В 1949 Джон фон Нейман ввел понятие прямого интеграла. Одной из заслуг фон Неймана считается редукция классификации алгебр фон Неймана на сепарабельных гильбертовых пространствах к классификации факторов.

Манхэттенский проект (1937–45)

Основной вклад фон Неймана в создание атомной бомбы заключался в создании концепции и конструкции взрывных линз, которые были необходимы для сжатия плутониевого ядра атомной бомбы Толстяк. которая позже была сброшена на Нагасаки.

Участник Манхэттенского проекта в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико, фон Нейман в 1944 году показал, что увеличение давления в результате отражения ударной волны взрыва от твердых объектов было гораздо большим, чем предполагалось ранее, в зависимости от угла ее падения. Это открытие привело к решению взорвать атомные бомбы в нескольких километрах над целью. Фон Нейман присутствовал при первом испытании «Тринити» 16 июля 1945 года в пустыне Невада во время первого успешного испытания атомной бомбы.

Джон фон Нейман и компьютеры

Джон фон Нейман в 1946 г заложил основы учения об архитектуре вычислительных машин, когда подключился к созданию первого в мире лампового компьютера ЭНИАК. В процессе работы над ЭНИАКом в Институте Мура в Пенсильванском Университете во время многочисленных дискуссий фон Неймана с его коллегами Джоном Уильямом Мокли, Джоном Эккертом, Германом Голдстайном и Артуром Бёрксом возникла идея более совершенной машины под названием EDVAC. Исследовательская работа над EDVAC продолжалась параллельно с конструированием ЭНИАКа. (об этом в отдельной статье)

Личность

Несмотря на свои многочисленные назначения, обязанности и обширные исследовательские работы, фон Нейман вел довольно необычный для математика образ жизни.

Его первая жена Клара говорила, что он умеет считать все, кроме калорий.

Фон Нейман также любил идиш и грязные шутки

Он был некурящим, но в IAS поступали жалобы на то, что он регулярно проигрывал на граммофоне в своем офисе чрезвычайно громкую немецкую маршевую музыку, отвлекая внимание коллег, в том числе Альберта Эйнштейна. Фактически, фон Нейман утверждал, что делал одни из своих лучших работ в шумной, хаотичной обстановке, например, в гостиной своего дома с включенным телевизором

Несмотря на то, что он был плохим водителем, он любил водить машину, часто читая книги за рулем, что приводило к различным арестам и авариям.

Летом 1954 года фон Нейман ушиб левое плечо при падении. Боль не проходила, и хирурги поставили диагноз: костная форма рака. Предполагалось, что рак фон Неймана мог быть вызван радиоактивным облучением при испытании атомной бомбы в Тихом океане или, может быть, при последующей работе в Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико (его коллега, пионер ядерных исследований Энрико Ферми, умер от рака желудка на 54-м году жизни). Через несколько месяцев после постановки диагноза фон Нейман умер в тяжёлых мучениях. Когда он лежал при смерти в госпитале Вальтера Рида, он попросил встречи с католическим священником.

Фон Нейман похоронен на Принстонском кладбище в Принстоне, штат Нью-Джерси, вместе со своими друзьями на всю жизнь Юджином Вигнером и Куртом Гёделем .

Спасибо за внимание!

Все фото взяты с Яндекса в свободном доступе

Принцип построения и работы ЭВМ фон Неймана

Заносимые в память команды (программа) содержат информацию о необходимом действии и адреса требуемых данных. Также вводятся идентификатор ячейки для введения память результата (если нужно).

АЛУ отвечает за исполнение команды. Итог операции отправляется в память или на вывод. ВЗУ сходно с устройством вывода тем, что используется для недолгого хранения параметров. Только содержит информацию в непонятном для оператора формате. Исключительно для машины.

Если кратко, основной функцией АЛУ является поддержка незатейливых действий: арифметических, логических, перемещением данных. Еще анализируется результат. Решения по анализу принимаются УУ.

УУ предназначено для отправки указаний непосредственно отдельным деталям и получения от них подтверждений. Следит за очередностью выполнения команд и за их исполнением вообще.

Личная жизнь

В течение 1927-1929 годов, после представления теории квантовой механики, Нейман посещал многочисленные конференции и коллоквиумы. К 1929 году он написал около 32 работ на английском языке. Эти работы были хорошо структуризированны для того, чтобы другие математики могли включать работы Неймана в свои теории. К этому времени он стал знаменитостью в академических кругах благодаря своим творческим и инновационным теориям. К концу 1929 года Нейману предложили место преподавателя в Принстонском университете. В это же время он женился на Мариэтте Кёвеши, подруге детства. В 1935 году у них родилась дочь, которую назвали Мариной. Брак Джона и Мариэтты распался в 1936 году. Мариэтта вернулась назад в Будапешт, а Нейман некоторое время путешествовал по Европе, а затем вернулся в США. Во время поездки в Будапешт он познакомился с Кларой Дэн, на которой женился в 1938 году.

Природа играет в кости

Фон Нейман неоднократно выражал озабо­ченность тем, что математика держится в стороне от экспоненциального роста проблем и идей в физических нау­ках, и стремился восстановить престиж и ведущую роль математики в формировании мышления современных физиков-теоретиков.

Цикл его работ по математическому обоснова­нию квантовой механики открыла статья «Об основаниях квантовой механики» (1927), написанная фон Нейманом совместно с Давидом Гильбертом и Лотаром Нордгеймом. В основу ее была положена лекция об успехах квантовой теории, про­читанная в зимний семестр 1926/27 года Гильбертом. Наиболее существенная часть математических формулировок и доказательств, приведен­ных в статье, принадлежала фон Нейману.

Статья Гильберта, Нордгейма и фон Неймана стала прологом к циклу из семи работ по математическому обос­нованию квантовой механики, выполненных фон Нейма­ном в 1927–1929 годах. В обобщенном варианте они были изложены в его монографии «Математические основы квантовой механики», вышедшей в 1932 году в знаменитой «желтой серии» издательства Шпрингера.

Оценивая через много лет значение книги фон Неймана для всего круга проблем, связанных с математическим обос­нованием квантовой механики, Станислав Улам писал: «Помимо огромной дидактической ценности этого труда, излагав­шего идеи новой квантовой теории в форме, отвечающей умонастроению математиков и способной пробудить их профессиональный интерес, он представляет собой вклад в науку, имеющий бесспорно первостепенное значение, если рассматривать его как рациональное изложение фи­зической теории, основанной, как первоначально считали физики, на отнюдь не тривиальных и далеко не очевидных соображениях».

 Статистическая природа квантово-механических утверждений, по фон Нейману, следует из первых принципов теории, в частности из представ¬ления квантово-механических величин операторами в гильбертовом пространстве состояний

По фон Нейману, состояния физических систем описы­ваются векторами в гильбертовом пространстве, а изме­римые физические величины (положение, импульс, энер­гия и т. д.) — действующими на эти векторы неограничен­ными эрмитовыми операторами. Операторная формулировка квантовой механики позво­лила фон Нейману подвести прочную основу под статисти­ческую интерпретацию квантово-механических утверждений. Исход измерения физической величины, производимого над системой, которая находится в определенном квантовом состоянии, по фон Нейману, описывается распределением вероятностей, зависящим от вектора этого состояния и спектрального разложения оператора измеряемой величи­ны.

Формула для распределения вероятностей результатов измерения — математический парафраз статистической ин­терпретации квантовой механики, предложенной в 1926 году Максом Борном. Именно эта формула послужила для фон Неймана толчком к построению всей квантовой механики на теоретико-вероятностной основе, осуществленному в работе, которая так и называлась: «Теоретико-вероятност­ное построение квантовой механики» (1927).

Значимость вклада, внесенного фон Нейманом в мате­матическое обоснование квантовой механики, тем более велика, что в «героический период» ее становления статисти­ческая интерпретация квантово-механических утверждений вызывала у многих физиков ностальгию по утраченному детерминизму. Они не верили в «бога, играющего в кости», как говорил Эйнштейн. «Классически» мыслящие физики надеялись, что и квантовая механика станет детерминистской теорией, если будут учтены «скрытые параметры», описыва­ющие состояние наблюдателя. Не случайно Макс Борн был удостоен Нобелевской премии за статистическую интерпретацию квантовой механики много позднее других созда­телей новой теории.

Статистическая природа квантово-механических утверждений, по фон Нейману, следует из первых принципов теории и, в частности, из представ­ления квантово-механических величин операторами в гильбертовом пространстве состояний.

Институт высших исследований в Прин­стоне

princeton.edu